部分遥感类别345章课件

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1、第三章 可见光-反射红外遥感3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 摄影系统摄影系统3.3 3.3 扫描成像系统扫描成像系统3.1 3.1 概况概况3.1.13.1.1遥感系统遥感系统 遥遥感感可可根根据据探探测测能能量量的的波波长长和和探探测测方方式式、应应用用目目的的分分为为可可见见光光- -反反射射红红外外遥遥感感、热热红红外外遥遥感感、微微波波遥遥感感三三种种基基本本形形式式。其其中中前前两两者者为为光光学遥感学遥感，属于，属于被动遥感，被动遥感，微波遥感微波遥感为为主动遥感主动遥感。|可见光可见光- -反射红外遥感反射红外遥感：记录的是地球表面对：记录的是地球表面对太阳辐射的反射辐射

2、能，其关键变量包括大太阳辐射的反射辐射能，其关键变量包括大气纯洁度、地物波普特性、太阳辐射强度、气纯洁度、地物波普特性、太阳辐射强度、太阳高度角及其他变量。采集数据方式，一太阳高度角及其他变量。采集数据方式，一般分为般分为摄影系统摄影系统和和扫描系统。扫描系统。|热红外遥感热红外遥感：记录的是地球表面发射辐射能：记录的是地球表面发射辐射能。|3.1.23.1.2光学遥感器的基本组成光学遥感器的基本组成|（1 1）采集器：采集地物辐射能量。如照相机的）采集器：采集地物辐射能量。如照相机的透镜、滤光片。透镜、滤光片。|（2 2）探测器：将辐射能转变为化学能或电能。）探测器：将辐射能转变为化学能或电

3、能。如光电二极管、感光胶片。如光电二极管、感光胶片。|（3 3）处理器：处理采集信号。如胶片的显影、）处理器：处理采集信号。如胶片的显影、定影。定影。|（4 4）输出器：输出获得的图像、数据。如摄影）输出器：输出获得的图像、数据。如摄影胶片。胶片。|3.23.2摄影系统摄影系统|摄影系统选用光学摄影波段，即紫外摄影系统选用光学摄影波段，即紫外近红外（近红外（0.30.9m0.30.9m）谱段的电磁辐射能）谱段的电磁辐射能量，通过照相机（摄像机）直接成像。量，通过照相机（摄像机）直接成像。|短波紫外多被大气吸收和散射，遥感中很短波紫外多被大气吸收和散射，遥感中很少利用。少利用。|摄影系统的光谱响

4、应范围窄，但空间分辨摄影系统的光谱响应范围窄，但空间分辨率高，几何完整性好，利于精准的测量和率高，几何完整性好，利于精准的测量和分析。分析。|3.2.13.2.1航空像片的几何性质航空像片的几何性质|航空像片分为倾斜和垂直两种，以下讨论垂直像片。航空像片分为倾斜和垂直两种，以下讨论垂直像片。|1 1）像点位移）像点位移|摄影图像为地面中心投影，即反射光线通过固定点摄影图像为地面中心投影，即反射光线通过固定点投射到摄影面上，由于地面起伏、物体高度、像片投射到摄影面上，由于地面起伏、物体高度、像片倾斜导致像点位移、图像变形。其规律为以像倾斜导致像点位移、图像变形。其规律为以像主点主点为中心呈辐射状

5、，越往边沿变形越大，地形起伏越为中心呈辐射状，越往边沿变形越大，地形起伏越大变形越大，正地形向外移，负地形向内移。大变形越大，正地形向外移，负地形向内移。|2 2）空间分辨率）空间分辨率|空间分辨率用以表示一个特定摄影系统产生的图空间分辨率用以表示一个特定摄影系统产生的图像的光学质量，反映像片上分辨地物的能力。胶像的光学质量，反映像片上分辨地物的能力。胶片分辨率被表示为每毫米的线对数。其对比度越片分辨率被表示为每毫米的线对数。其对比度越强，分辨率越高。强，分辨率越高。|空间分辨率与镜头分辨率、胶片分辨率和相片比空间分辨率与镜头分辨率、胶片分辨率和相片比例尺有关。例尺有关。|测定胶片分辨率方法：

6、测定胶片分辨率方法：|（1 1）用胶片调制传递函数（）用胶片调制传递函数（MTFMTF）表示。）表示。|（2 2）用乳剂卤化银颗粒的大小分布函数表示。）用乳剂卤化银颗粒的大小分布函数表示。|（3 3）用相机）用相机/ /胶片系统的解像力表示，即系统分胶片系统的解像力表示，即系统分辨率。辨率。|3 3）航空立体成像）航空立体成像|飞机携带相机沿飞行线获得垂直航空像片。由于飞机携带相机沿飞行线获得垂直航空像片。由于实际应用中多选用航空像片立体像对，故一般航实际应用中多选用航空像片立体像对，故一般航向重叠至少为向重叠至少为50%50%；旁向重叠为；旁向重叠为30%30%。在相隔一定。在相隔一定距离的

7、不同位置拍摄同一目标，存在视差可以构距离的不同位置拍摄同一目标，存在视差可以构成立体像对，并进一步获得三维立体模型。成立体像对，并进一步获得三维立体模型。|其特点：其特点：|（1 1）立体观测可量测物体的相对高度。）立体观测可量测物体的相对高度。|（2 2）立体观测有垂直夸大，垂直比例尺大于水）立体观测有垂直夸大，垂直比例尺大于水平比例尺。平比例尺。|（3 3）摄影图像存在几何误差，特别是像点位移。）摄影图像存在几何误差，特别是像点位移。|3 3）航空立体成像）航空立体成像|立体像对经过正射投影处理将中心投影的像片转立体像对经过正射投影处理将中心投影的像片转换为正射投影的图像，纠正了摄影像片倾

8、斜和高换为正射投影的图像，纠正了摄影像片倾斜和高度的位移度的位移|3.2.23.2.2航空像片的光学性质航空像片的光学性质|航空像片航空像片黑白全色片与黑白红外片黑白全色片与黑白红外片天然彩色片与彩色红外片天然彩色片与彩色红外片多光谱摄影像片多光谱摄影像片|1 1）黑白全色片与黑白红外片）黑白全色片与黑白红外片|黑白全色片：对整个摄影波段（黑白全色片：对整个摄影波段（0.30.9m0.30.9m）的各感光乳胶层均可能有响应。的各感光乳胶层均可能有响应。|黑白红外片：仅对近红外波段的感光乳胶层有黑白红外片：仅对近红外波段的感光乳胶层有响应。响应。|2)2)天然彩色片与彩色红外片天然彩色片与彩色红

9、外片|天然彩色片：由感红层、感绿层、感蓝层组成。天然彩色片：由感红层、感绿层、感蓝层组成。胶片对整个可见光波段的光线敏感，所得的彩胶片对整个可见光波段的光线敏感，所得的彩色图像近于人的视觉效果。色图像近于人的视觉效果。|彩色红外片：由感红层、感绿层、感红外层组彩色红外片：由感红层、感绿层、感红外层组成。彩色红外像片比一般彩色像片色彩更鲜艳，成。彩色红外像片比一般彩色像片色彩更鲜艳，层次更丰富，地物对比更明显，微弱色差更易层次更丰富，地物对比更明显，微弱色差更易分辨。被广泛应用于在资源、环境、航空遥感分辨。被广泛应用于在资源、环境、航空遥感调查中。调查中。|3 3）多光谱摄影像片）多光谱摄影像片

10、|多光谱摄像片即用几台摄影相机的多透镜系统多光谱摄像片即用几台摄影相机的多透镜系统和不同的胶片和不同的胶片- -滤光片组合来实现光谱分离，同滤光片组合来实现光谱分离，同时成像，得到同一景物的多波段图像。改善地时成像，得到同一景物的多波段图像。改善地物的识别能力。物的识别能力。|3.33.3扫描系统扫描系统|3.3.13.3.1光学机械扫描光学机械扫描系统系统|1 1）成像原理：光学机械扫描系统，利用平台的行进成像原理：光学机械扫描系统，利用平台的行进和旋转扫描镜对于平台行进的垂直方向的地面进行扫和旋转扫描镜对于平台行进的垂直方向的地面进行扫描，获得二维遥感数据描，获得二维遥感数据，又称为物面扫

11、描系统。，又称为物面扫描系统。|2 2）Landsat/MSSLandsat/MSS、TMTM|LandsatLandsat为美国为美国NASANASA的陆地卫星的陆地卫星|MSSMSS为四波段光为四波段光- -机扫描仪。机扫描仪。|TMTM为专题制图仪，是一种多光谱扫描仪。为专题制图仪，是一种多光谱扫描仪。|陆地卫星上的陆地卫星上的MSSMSS、TMTM在波段上的选择，均考虑在波段上的选择，均考虑到各自的条件下最大限度地区分和监测监测不同到各自的条件下最大限度地区分和监测监测不同类型的地球资源。类型的地球资源。|MSSMSS选用可见光选用可见光- -近红外（近红外（0.51.1m0.51.1

12、m）谱段，共）谱段，共四个波段。四个波段。|TMTM选用可见光选用可见光- -热红外（热红外（0.4512.5m0.4512.5m）谱段，）谱段，共七个较窄却更适宜的波段。共七个较窄却更适宜的波段。|以以TM2 TM2 0.520.60m0.520.60m，绿绿波波段段为为例例，其其与与MSS4 MSS4 （0.50.6m0.50.6m）相相关关性性大大，该该波波段段位位于于健健康康绿绿色色植植物物的的绿绿色色反反射射率率附附近近，对对植植物物的的绿绿反反射射敏敏感感，可可用用以以识识别别植植物物类类别别和和评评价价植植物物生生产产力力。对对水水体体有有一一定定穿穿透透力力，可可反反映映水水下

13、下特特征征、水水体体浑浑浊浊度度、沿沿岸岸泥泥沙沙流流、水水下下地地形形等等，并并对对水水体体污污染染特特别别是是金金属属和和化化学学污污染染的研究效果好。的研究效果好。|TM7TM7个个波波段段数数据据可可获获取取5 5个个有有明明确确物物理理意意义义的的特特征征变变量量：亮亮度度、绿绿度度、湿湿度度、透透射射度度、热热度。度。|3 3）NOAA/AVHRRNOAA/AVHRR与与“风云风云”气象卫星气象卫星|NOAANOAA为美国极轨气象卫星，在为美国极轨气象卫星，在NOAA6NOAA6开始卫星上开始卫星上带有带有AVHRRAVHRR改进型高分辨率辐射仪等改进型高分辨率辐射仪等5 5种遥感

14、器。种遥感器。其组成如下：其组成如下：|（1 1）高分辨率红外辐射探测仪）高分辨率红外辐射探测仪|（2 2）平流层探测装置）平流层探测装置|（3 3）微波探测装置）微波探测装置|（4 4）数据采集系统）数据采集系统|（5 5）空间环境监测器）空间环境监测器|3 3）“风云风云”气象卫星气象卫星|“风云风云1 1号号”（Fy-1Fy-1）气象卫星是我国首次自行）气象卫星是我国首次自行设计的和发射的实验型极轨气象卫星。以设计的和发射的实验型极轨气象卫星。以Fy-1CFy-1C为例，卫星上载有为例，卫星上载有2 2台可见光和红外扫描仪台可见光和红外扫描仪AVHRRAVHRR，对地扫描角为，对地扫描角

15、为55.455.4。瞬间视场角。瞬间视场角IFOVIFOV为为1.2mrad1.2mrad，星下点地面分辨率为，星下点地面分辨率为1.1km1.1km，总扫面宽度约为总扫面宽度约为3000km3000km。|4 4）气象卫星可提供的遥感资料）气象卫星可提供的遥感资料|（1 1）可见光与红外云图）可见光与红外云图|（2 2）一系列气象及环境数据，如云量、云分布、）一系列气象及环境数据，如云量、云分布、大气水汽含量、臭氧含量、地球表面和大气系大气水汽含量、臭氧含量、地球表面和大气系统发射的长波辐射等。统发射的长波辐射等。|（3 3）由气象环境数据派生的气象要素，如根据）由气象环境数据派生的气象要素

16、，如根据云的运移计算的高低空风场，由海面温度分布云的运移计算的高低空风场，由海面温度分布推算洋流的速度等。推算洋流的速度等。|（4 4）空间环境监测资料）空间环境监测资料|（5 5）资源与环境科学各领域，如水文学、植物）资源与环境科学各领域，如水文学、植物学、资源与环境监测、灾害监测等。学、资源与环境监测、灾害监测等。|3.3.23.3.2推扫式扫描推扫式扫描系统系统|1 1）推扫式扫描系统，又称为）推扫式扫描系统，又称为“像面像面”扫面系扫面系统，用广角光学系统，在整个视场内成像。统，用广角光学系统，在整个视场内成像。由固态光电转换元件由固态光电转换元件CCDCCD完成。它所记录的光完成。它

17、所记录的光谱图像数据是沿着飞行方向的条幅。谱图像数据是沿着飞行方向的条幅。|2 2）SPOT/HRVSPOT/HRV|SPOTSPOT为法国地球观察卫星，具有线性阵列传为法国地球观察卫星，具有线性阵列传感器和推扫式扫描技术，具有旋转平面镜，感器和推扫式扫描技术，具有旋转平面镜，可获得倾斜图像使得具有倾斜观察能力和立可获得倾斜图像使得具有倾斜观察能力和立体成像能力。体成像能力。|HRVHRV为高分辨率可见光扫描仪，具有两种工作为高分辨率可见光扫描仪，具有两种工作方式：一是全色单波段（方式：一是全色单波段（PAPA），），10.73m10.73m，空间分辨率空间分辨率10m10m；|另一是多波段（

18、另一是多波段（XSXS），可见光），可见光- -近红外近红外3 3个波个波段段0.500.89m0.500.89m，空间分辨率为，空间分辨率为20m20m。|SOPTSOPT产品主要分为产品主要分为3 3级：级：|（1 1）1 1级级经过基本的辐射和几何纠正，又分经过基本的辐射和几何纠正，又分为为1A,1B1A,1B。|（2 2）2 2级级用地面控制点进行图像几何纠正，用地面控制点进行图像几何纠正，但未作高程位移的纠正，以保留视觉效应，便但未作高程位移的纠正，以保留视觉效应，便于立体观测。于立体观测。|（3 3）3 3级级用用DTMDTM纠正因高程引起的像点位移，纠正因高程引起的像点位移，产生

19、正射图像。产生正射图像。|另外还有一些特殊产品，如另外还有一些特殊产品，如“p+xsp+xs”4 4波段合波段合成图像，空间分辨率为成图像，空间分辨率为10m10m。|3.3.33.3.3成像光谱成像光谱|1 1）概况）概况|虽然多光谱遥感（虽然多光谱遥感（MSS/TM/SPOTMSS/TM/SPOT）较摄影遥感有）较摄影遥感有许多优势，但它们的波段也十分有限（最多为许多优势，但它们的波段也十分有限（最多为TM7TM7个），较宽的波段间隔难以真实反映地表物个），较宽的波段间隔难以真实反映地表物质的光谱反射辐射特性的细微差异，以及识别质的光谱反射辐射特性的细微差异，以及识别地物类型和继续进行科学

20、研究。因此成像光谱地物类型和继续进行科学研究。因此成像光谱仪便产生了。仪便产生了。|各国成像光谱技术的发展：各国成像光谱技术的发展：|美国极轨平台美国极轨平台EOS-AEOS-A的的MODISMODIS共共3636个波段，分辨个波段，分辨率率2501000m2501000m。|美国高分辨率成像光谱仪美国高分辨率成像光谱仪HIRISHIRIS，192192个波段，个波段，用于用于Landsat8Landsat8卫星上。卫星上。|欧洲极轨平台欧洲极轨平台ENVSATENVSAT的的MERISMERIS共共1515个波段，空间个波段，空间分辨率为分辨率为2501000m2501000m。|日本计划研

21、制的日本计划研制的ADEOS-ADEOS-卫星的卫星的GLIGLI，3434个波段。个波段。|我国成像光谱仪发展与世界同步，红外细分光我国成像光谱仪发展与世界同步，红外细分光谱仪谱仪FIMSFIMS，2.02.5m2.02.5m分为分为6 6个波段；又陆续研个波段；又陆续研制了制了1919波段的波段的AMSSAMSS，244244波段的波段的PHIPHI，其空间分，其空间分辨率达辨率达1.5mrad1.5mrad。|目前，人们能够获得中等分辨率的航天成像目前，人们能够获得中等分辨率的航天成像光谱仪光谱仪MODISMODIS。其特点：。其特点：|（1 1）3636和光谱通道（和光谱通道（0.41

22、4.3m0.414.3m）|（2 2）空间分辨率大，其中最大为）空间分辨率大，其中最大为CH1CH1、2 2的的250m250m。|（3 3）宽视域）宽视域|（4 4）获得数据量大，频率高。）获得数据量大，频率高。|（5 5）较高的辐射分辨率。）较高的辐射分辨率。|2 2）成像光谱的特点）成像光谱的特点|（1 1）高光谱分辨率）高光谱分辨率|（2 2）图谱合一）图谱合一|（3 3）高空间分辨率）高空间分辨率|（4 4）辐射分辨率与信噪比）辐射分辨率与信噪比|3 3）数据处理与分析方法）数据处理与分析方法|针对成像光谱仪，波段多，波带窄、数据量特针对成像光谱仪，波段多，波带窄、数据量特大的特点，

23、需要专门的技术方法对其进行数据大的特点，需要专门的技术方法对其进行数据处理。处理。|（1 1）多光谱图像信息的立体显示模式）多光谱图像信息的立体显示模式|（2 2）图像）图像- -光谱转换光谱转换|（3 3）成像光谱图像的光谱曲线提取）成像光谱图像的光谱曲线提取|（4 4）光谱特征参数提取）光谱特征参数提取|（5 5）基于光谱数据库的光谱匹配识别模型）基于光谱数据库的光谱匹配识别模型第四章 热红外遥感4.1概述4.2 热辐射原理4.3热红外遥感器与辐射定标4.4热扫描图像的特点与解译|4.1.1概述|红外谱段指的是频率低于（或波长高于）可见光红谱段以外，波长在0.761000m范围内，位于可见

24、光和微波之间的区域。在发射红外波段（波长318m）谱段内，物体有少量的能量反射，只不过物体的热辐射能量大于太阳的反射能量。热红外遥感即通过热红外探测器收集地物辐射出来的人眼看不到的热红外辐射通量，经过能量转换而变成人眼能看到的图像。 热红外遥感技术的发展是为了获取地物的热状况信息，从而推断地物的特征及环境相互作用的过程，为科学和生产所应用。 简而言之，热红外遥感即确定地表温度和发射率及其应用!4.1.2热红外遥感的特点|由于被遥感的物体在任何时间都在不断地向外辐射热红外线，热红外遥感可以在白天或黑夜无人造光源的条件下实施，它是一种全天时的遥感手段。 |热红外遥感比可见光-反射红外遥感复杂，主要

25、原因在于：|1）热红外遥感的大气影响更为复杂。它的大气效应除了有大气吸收、散射外还有大气自身的发射。|2）热红外信息受地表层热状况的影响，比如风速、风向、空气温度、湿度等微气象参数，土壤参数，植物覆盖状况，地形地貌等多种因素。|3）地物本身的热过程是复杂的，地物从热辐射的能量吸收到能量发射，存在一个热存储和热释放的过程。|4）热能的传递有多种方式（传导、对流、辐射）。多种热交换过程交织在一起，人们难以分解，并建立与温度相关的定量关系。|5）热探测器所获得的物体发射辐射信息包含了两个重要的信息，及物体的温度和表示物体辐射能力的比辐射率。温度与比辐射率的分离是热红外遥感的一个难点。|6)热红外遥感

26、图像的空间分辨率一般低于可见光-近红外遥感图像，因此“混合像元”的问题显得相当突出。|4.2热辐射原理|从理论上讲，自然界任何温度高于热力学温度（0K或-273）的物体都不断地向外发射电磁波，即向外辐射具有一定能量和波普分布位置的电磁波。|热辐射依赖于温度，是一种电磁波振动，以光速直接传播。|4.2.1 黑体辐射|黑体概念是理解热辐射的基础。黑体被定义为完全的吸收体和发射体，它吸收和重新发射它所接收到的所有能量（没有反射）。|黑体辐射只取决于黑体的温度，与黑体物质材料无关，对各种波长的电磁辐射能的吸收系数恒等于1。|4.2.2真实物体的辐射|1）比辐射率| 发射率，又称比辐射率。是物体在温度T

27、、波长 处的辐射出射度与同温度、同波长下的黑体辐射出射度的比值，是一个无量纲的单位，取值在0-1之间。|2)比辐射率的影响因素|通常情况下，物体的发射率在较大的温度变化范围内为常数，故一般不标注为温度T的函数，而是波长的函数，由材料的性质决定。|物体的发射率是物体发射能力的表征，它不仅依赖于地表物体的组成成分，而且与物体的表面状态（表面粗糙度等）及物理性质（介电常数、含水量、温度等）有关，并随着所测定的辐射能波长、观测角度等条件变化而变化。|3）比辐射率的测量与计算*|昼昼-夜法（夜法（Day-night Method）|模式发射率方法（模式发射率方法（Model emissivity Met

28、hod/Reference Method）|归一化发射率方法归一化发射率方法(NEM:Normalized Emissivity Method) |灰体发射率法（灰体发射率法（Graybody Emissivity Method）|分类法（分类法（Classification Method） |发射率界定法（发射率界定法（Emissivity Bounds Method）|热对数剩余法热对数剩余法(ADE:Alpha- derived Emissivity Method) |剩余法（剩余法（ Residual Method） |比值法（比值法（Ratio Method）|加权比值法（加权比值法

29、（Weighted Ratio Method）|去相关拉伸方法去相关拉伸方法|平均最大最小值法（平均最大最小值法（Mean Maxiam-MimimumMethod） |TES算法算法|分裂窗算法（分裂窗算法（Splid Window Method） 三种常用的方法：|主动法：教材P109|被动法：教材P109|主动+被动法：教材P109|4.2.3 热辐射与地面的相互作用*|1）基本定律基尔霍夫定律：在一定的温度下，任何物体的辐射出射度基尔霍夫定律：在一定的温度下，任何物体的辐射出射度 与其吸收率的比值是一个普适函数。与其吸收率的比值是一个普适函数。 只是温度、波长的函只是温度、波长的函数，

30、与物体的性质无关。数，与物体的性质无关。这就是基尔霍夫定律。基尔霍夫定律表明：任何物体的辐这就是基尔霍夫定律。基尔霍夫定律表明：任何物体的辐射出射度射出射度 ，和其吸收率之比都等于同一温度下的黑体的，和其吸收率之比都等于同一温度下的黑体的辐射出射度辐射出射度 。 （2）Plank定律Where wavelength / channelC1 1st radiance constant, K2=C1/ 5 C2 2nd radiance constant, K1=C2/ T temperature at B (T ) the radiance 绝对黑体的辐射光绝对黑体的辐射光谱对于研究一切物体谱对

31、于研究一切物体的辐射规律具有根本的辐射规律具有根本的意义，的意义，19001900年普朗年普朗克引进量子概念，将克引进量子概念，将辐射当做不连续的量辐射当做不连续的量子发射，成功他从理子发射，成功他从理论上得出了与实验精论上得出了与实验精确符合的绝对黑体辐确符合的绝对黑体辐射出射度随波长的分射出射度随波长的分布函数。布函数。 (3)(3)维恩位移定律维恩位移定律 利用普朗克方程还可导出，黑体辐射光谱中最强利用普朗克方程还可导出，黑体辐射光谱中最强辐射的波长辐射的波长 maxmax与黑体绝对温度与黑体绝对温度T T成反比：成反比： max T=b b为常数为常数,b=2.898x10-3m k表

32、表. 绝对黑体温度与最大黑体温度与最大辐射所射所对应波波长的关系的关系T（K）3005001000200030004000500060007000maxmax( (m)m)9.665.802.901.450.970.720.580.480.41(4)斯式藩斯式藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 整个电磁波谣的总辐射出射度整个电磁波谣的总辐射出射度M，为某一单位波长的，为某一单位波长的辐射出射度对波长做辐射出射度对波长做0到无穷大的积分，即到无穷大的积分，即:用普朗克公式对波长积分，便导出斯成藩用普朗克公式对波长积分，便导出斯成藩玻尔兹曼定玻尔兹曼定律，即绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成律，即

33、绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比。正比。 2 2）热辐射传输方程）热辐射传输方程|3）热红外遥感波段的选择|热红外区间内存在35m及814m两个大气窗口。|814m谱段主要用于调查地表一般物体的热辐射特性、探测常温下的温度分布、目标的温度场，进行热制图等。如，地热调查、土壤分类、水资源考察、城市热岛、地质找矿等。|35m谱段，对火灾、活火山等高温目标识别敏感，常用于各类火灾、活火山、火箭发射等高温目标的识别敏感。|4.2.4 热作用与温度|1）分子运动温度|分子运动温度为热力学温度，又称为真实温度，是物质内部分子的平均热能。一般通过温度计测得。|2）辐射温度|辐射温度有称为表征温

34、度，是物体能量状态的一种外部表现形式。多用辐射计、热扫描仪等探测。|3）亮度温度|物体亮度温度是辐射出与观测物体相等的辐射能量的黑体温度。|4.2.5大气效应|1）大气效应|在被动热红外遥感中，大气层对热遥感器系统所记录的辐射能量的光谱组成和强度有明显影响。|大气层的气体和悬浮微粒可吸收地面物体的发射辐射，导致到达热遥感器的能量减少；悬浮粒子的存在引起散射，使地面信号减弱。|另外，大气层中的气体、悬浮微粒自身能发散辐射能，叠加于地面辐射信号之上。|2）大气纠正|大气效应造成热红外信号失真，遥感信息偏离地面实况。利用遥感探测器测量的辐射值，来反演地面真实辐射时，必须进行大气纠正。|热红外波段的大

35、气纠正，只要主要考虑大气吸收引起的地表热辐射的衰减、大气自身的热辐射；大气温度。大气湿度的垂直分廓、线大气成分、气溶胶含量、云分布等参数。|4.3 热红外遥感器与辐射定标|4.3.1热红外遥感器热探测器热探测器：将辐射能转化为与红外辐射强：将辐射能转化为与红外辐射强度成正比的电信号度成正比的电信号热辐射计热辐射计：定量测定辐射温度的：定量测定辐射温度的非成像装置非成像装置热扫描仪热扫描仪：沿飞行线路获得景物辐射特征：沿飞行线路获得景物辐射特征差异的数字或模拟图像差异的数字或模拟图像|4.3.2 热扫描的辐射定标|热遥感器所获得的地物辐射信息除了大气效应的干扰外，还存在一系列的系统误差，如记录噪

36、声、参考温度的变化和探测器误差等。为了获得精确信息，扫描仪必须被辐射定标，即在热遥感输出值（DN值）与入射的辐射亮度值之间建立定量关系。内部温度参考源（内定标法）内部温度参考源（内定标法）空空-地相关地相关空空-空相关空相关常用定标方法常用定标方法常用定标方法常用定标方法|4.4 热扫描图像的特点与解译|4.4.1热红外扫描图像的特点|黑白色调的变化描述地面景物的热反差。|色调与色差是温度与温差的显示与反映。|热图像（正片）上的浅色调代表强辐射体，表明其表面温度高或辐射率高；深色调反之。|4.4.2热红外图像成像时段的选择热图像的获取受不同热图像的获取受不同的土地覆盖类型、时的土地覆盖类型、时

37、间影响。间影响。为了避免图像获取时为了避免图像获取时段引起的问题，地质段引起的问题，地质学家多采用黎明前的学家多采用黎明前的热图像。其温度稳定、热图像。其温度稳定、热反差较低。热反差较低。|4.4.3物体的热学性质|1）基本概念|热传导率：又称为导热系数，是热量通过物体的速率的量度。|热扩散率：物体内部温度变化速率的量度。|热容量：指在一定条件下，如定压或定容条件下，物体温度升高1（或1K）所需要吸收的热量，常用C表示。|热惯量：物质对温度变化的热反应的一种量度。即量度物质热惰性（阻止物理温度变化）大小的物理量。|2）典型地物的热特性|水体、绿色林地、农作物覆盖区、人工铺设区。|4.4.4 热

38、图像的解译| 在热红外扫描图像的应用中，地质、土壤制图等，一般仅需要定性地研究地面景物间辐射温度的相对差异。|对任何热图像的解译必须先确定图像为正片或负片，白天或夜间成像。|分清地表“热”景观，了解物体发射率和辐射能量。|另外，进行严格的定量数据分析以测定绝对温度。|热图像应用领域|1）区域地质、水文地质、地热调查|2）土壤水分研究|3）环境污染监测|4）灾害调查|5）海洋调查|故热红外遥感是一门既有难度又有广阔应用前景的学科，其基础研究直接关系到技术的发展与应用的推广。 第五章 微波遥感5.1 概述概述5.2 微波遥感原理微波遥感原理5.3 雷达雷达图像特点与解像特点与解译5.4 雷达与星雷

39、达与星载雷达遥感系雷达遥感系统5.1 5.1 概况概况 微波微波是指波长是指波长1mm1m1mm1m（即频率（即频率300MHz3000GHz300MHz3000GHz）的电）的电磁波。磁波。 微波遥感微波遥感用的是无线电技术，微波遥感系统有主动、用的是无线电技术，微波遥感系统有主动、被动之分。被动之分。 雷达雷达是一种主动微波遥感仪器。是用无线点播探测物是一种主动微波遥感仪器。是用无线点播探测物体并测定物体距离（位置），这个过程需要雷达主动发射体并测定物体距离（位置），这个过程需要雷达主动发射已知的微波信号（段脉冲），再接收这些信号与地面相互已知的微波信号（段脉冲），再接收这些信号与地面相互

40、作用后的回波反射信号，并对这两种信号的探测频率和极作用后的回波反射信号，并对这两种信号的探测频率和极化位移等进行比较，生产地表的数字图像或模拟图像。化位移等进行比较，生产地表的数字图像或模拟图像。|全天候，全天时工作能力全天候，全天时工作能力|对地物的介电常数敏感对地物的介电常数敏感|对地物表面粗躁度敏感对地物表面粗躁度敏感|对人造地物敏感对人造地物敏感 |对地物的结构敏感对地物的结构敏感|精确的测量能力精确的测量能力|表面穿透能力表面穿透能力微波遥感的特点微波遥感的特点|5.2微波遥感的原理微波遥感的原理|5.2.1基本概念基本概念|1）微波的散射）微波的散射|（1）表面散射）表面散射|表面

41、散射指在介质表面产生的散射，一般分为光表面散射指在介质表面产生的散射，一般分为光滑表面与粗糙表面。滑表面与粗糙表面。|若表面光滑，入射的能量若表面光滑，入射的能量与表面相互作用后形成两与表面相互作用后形成两束平面波，一束为表面向束平面波，一束为表面向上的反射波，它与法线的上的反射波，它与法线的夹角与入射角相同，方向夹角与入射角相同，方向相反；另一束为表面向下相反；另一束为表面向下的折射波或透射波。的折射波或透射波。|若表面是粗糙的，若表面是粗糙的，入射能量与表面相入射能量与表面相互作用后，再辐射互作用后，再辐射而射向各个方向，而射向各个方向，成为散射场。成为散射场。|（2）体散射）体散射|体散

42、射指在介质内部体散射指在介质内部产生的散射，为经多产生的散射，为经多路径散射后产生的总路径散射后产生的总有效散射。有效散射。|体散射的强度与介质体散射的强度与介质体内的不连性和介质体内的不连性和介质密度的不均匀性成正密度的不均匀性成正比。比。|（3）散射截面与散射系数）散射截面与散射系数|散射截面散射截面是散射波的全功率与入射功率密度之是散射波的全功率与入射功率密度之比，为雷达的全反射率，用有效散射面积表示。比，为雷达的全反射率，用有效散射面积表示。|散射系数散射系数指单位截面积上雷达的反射率或单位指单位截面积上雷达的反射率或单位照射面积上的雷达散射截面，为入射电磁波与照射面积上的雷达散射截面

43、，为入射电磁波与地面目标相互作用结果的度量。地面目标相互作用结果的度量。|2）雷达方程）雷达方程|雷达方程是描述由雷达天线接收到的回波功率与雷达方程是描述由雷达天线接收到的回波功率与雷达系统参数及目标散射特征的关系数学表达式。雷达系统参数及目标散射特征的关系数学表达式。|WrWr为接收的回波功率；为接收的回波功率；WtWt为发射功率；为发射功率；G G为天线增为天线增益；益；R R为目标离雷达天线的距离；为目标离雷达天线的距离；ArAr为接收天线孔为接收天线孔径的有效面积；径的有效面积；为目标的雷达散射截面。为目标的雷达散射截面。|3）多普勒效应）多普勒效应|多普勒效应指观察者和辐射源的相对运

44、动，所引起的电磁多普勒效应指观察者和辐射源的相对运动，所引起的电磁发射频率与回波频率的变化。发射频率与回波频率的变化。|当一个频率为当一个频率为r r的电磁辐射源和观察者之间的距离的电磁辐射源和观察者之间的距离l l变化时，变化时，则观察者接受的信号频率则观察者接受的信号频率rr, ,不等于不等于r r，其差，其差r=r-rr=r-r称称为多普勒频移。为多普勒频移。|U U为辐射源和观察者之间的相对速度；为辐射源和观察者之间的相对速度；c c为光速，及电磁辐为光速，及电磁辐射的速度；射的速度；为辐射源为辐射源观察者间连线与运动方向的夹角。观察者间连线与运动方向的夹角。|5.2.2雷达成像原理雷

45、达成像原理|以机载侧视雷达为例以机载侧视雷达为例发射器发射器雷达天线雷达天线接收器接收器记录器记录器雷达成像系统雷达成像系统|由脉冲发生器，产生高功率调频信号，经过发射器，以一定由脉冲发生器，产生高功率调频信号，经过发射器，以一定的时间间隔反复发射具有特定波长的微波脉冲，通过发射天的时间间隔反复发射具有特定波长的微波脉冲，通过发射天线飞行器的一侧沿扇状波束宽度发射雷达信号照射与飞行方线飞行器的一侧沿扇状波束宽度发射雷达信号照射与飞行方向垂直的狭长地面条带，此波束在方位方向上很宽，借助于向垂直的狭长地面条带，此波束在方位方向上很宽，借助于发射发射/ /接收转换开关，再通过天线接受地面返回的能量，

46、接接收转换开关，再通过天线接受地面返回的能量，接收器将接收的能量处理成一种振幅收器将接收的能量处理成一种振幅/ /时间视频信号，这种信时间视频信号，这种信号再通过胶片记录仪产生图像。号再通过胶片记录仪产生图像。|5.2.3雷达回波强度的影响因素雷达回波强度的影响因素|雷达回波强度，可理解为雷达图像上各种地物的雷达回波强度，可理解为雷达图像上各种地物的灰度值灰度值图像密度、辐射亮度温度值。图像密度、辐射亮度温度值。雷达遥感系统参数雷达遥感系统参数地形特征地形特征地形坡度地形坡度波长或频率波长或频率俯角俯角（或入射角（或入射角 ）和照射宽度带）和照射宽度带极化方式极化方式雷达系统类型雷达系统类型表

47、面粗糙度表面粗糙度复介电常数复介电常数影响因素影响因素|波长或频率波长或频率：雷达回波强度与入射波长直接相关，波长决：雷达回波强度与入射波长直接相关，波长决定表面粗糙度的大小和入射波穿透深度能力；波长不同，定表面粗糙度的大小和入射波穿透深度能力；波长不同，导致地物目标的复介电常数不同。直接影响雷达回波的强导致地物目标的复介电常数不同。直接影响雷达回波的强弱。弱。|俯角俯角（或入射角（或入射角 ）和照射宽度带）和照射宽度带：其与后散射强度：其与后散射强度密切相关，构成一个立于地面的椭球体，密切相关，构成一个立于地面的椭球体， 小（或小（或大），则回波强度大），则回波强度I I大。大。极化方式极化

48、方式：即雷达波束的偏振性，不同极化方向会导致目标：即雷达波束的偏振性，不同极化方向会导致目标对电磁波的不同响应，使雷达回波强度不同，影响到回波对电磁波的不同响应，使雷达回波强度不同，影响到回波强度和对不同方位信息的表现能力。强度和对不同方位信息的表现能力。复介电常数复介电常数：其直接影响物体对电磁能量的发射，常数越大：其直接影响物体对电磁能量的发射，常数越大回波强度越强，雷达图像上色调越浅。回波强度越强，雷达图像上色调越浅。地形坡度地形坡度：地形坡度影响到雷达波束的入射角：地形坡度影响到雷达波束的入射角，从而影响，从而影响雷达回波强度。一般，斜坡较平地或陡坡入射角小，回拨雷达回波强度。一般，斜

49、坡较平地或陡坡入射角小，回拨强度大。其次，地形坡度产生阴影，增强图像表面形状。强度大。其次，地形坡度产生阴影，增强图像表面形状。|表面粗糙度表面粗糙度: :粗糙度不同，粗糙度不同，则产生的散射方向不同，则产生的散射方向不同，回波幅度具有随机性，图回波幅度具有随机性，图像呈现一系列亮点与暗点像呈现一系列亮点与暗点相间的相间的“光斑光斑”|一般，表面粗糙度增加，一般，表面粗糙度增加，雷达回波强度受入射角影雷达回波强度受入射角影响程度减弱。响程度减弱。|5.3雷达图像的特点与解译雷达图像的特点与解译|5.3.1雷达图像的特点雷达图像的特点|1）高空间分辨率：）高空间分辨率：|空间分辨率空间分辨率=

50、=距离分辨率距离分辨率方位分辨率方位分辨率|（1 1）距离分辨率：指沿距离向可分辨的两点间的最小距）距离分辨率：指沿距离向可分辨的两点间的最小距离。离。|（2 2）方位分辨率：指沿一条航向线可分辨的两点间最小）方位分辨率：指沿一条航向线可分辨的两点间最小距离。距离。|2）穿透能力）穿透能力|微波除了能穿云破雾以外，对一些地物，如岩石、微波除了能穿云破雾以外，对一些地物，如岩石、土壤、松散沉积物、植物、冰层等有穿透一定深土壤、松散沉积物、植物、冰层等有穿透一定深度的能力。因此，能反映地球表面的信息，还可度的能力。因此，能反映地球表面的信息，还可以在一定程度上反映地表以下物质的信息。以在一定程度上

51、反映地表以下物质的信息。|3）立体效应）立体效应|雷达散射及雷达波束对地面倾斜照射，产生雷达阴影，即雷达散射及雷达波束对地面倾斜照射，产生雷达阴影，即图像暗区，此明暗效应能增强图像的立体感。其地形的起图像暗区，此明暗效应能增强图像的立体感。其地形的起伏感，对地形、地貌及地质构造等信息有较强的表现力和伏感，对地形、地貌及地质构造等信息有较强的表现力和较好的探测效果。较好的探测效果。|4）几何特性）几何特性|（1 1）斜距图像的比例失真）斜距图像的比例失真|雷达侧视带状成像，发射脉冲与接受回收之间有时间雷达侧视带状成像，发射脉冲与接受回收之间有时间差，因而图像产生不均匀畸变。差，因而图像产生不均匀

52、畸变。|（2 2）透视收缩）透视收缩|雷达按时间序列记录回波信号，因入射角与地面坡角雷达按时间序列记录回波信号，因入射角与地面坡角的不用组合，使其出现不同程度的透视收缩现象。的不用组合，使其出现不同程度的透视收缩现象。|（3 3）叠掩现象）叠掩现象|发射雷达脉冲的曲率使近目标回波先到达，远目标回发射雷达脉冲的曲率使近目标回波先到达，远目标回波后达到。即目标顶部先成像，并向近射程方向位移波后达到。即目标顶部先成像，并向近射程方向位移的现象。的现象。|（4 4）雷达视差与立体观察）雷达视差与立体观察|雷达沿两条轨道观察高于地面的同一目标，不同起伏雷达沿两条轨道观察高于地面的同一目标，不同起伏位移造

53、成图像视差。雷达视差是两张重叠图像上两个位移造成图像视差。雷达视差是两张重叠图像上两个像点分别所产生的位移量之差，利用雷达视差，可通像点分别所产生的位移量之差，利用雷达视差，可通过立体镜进行立体观察，并测出相对高度。过立体镜进行立体观察，并测出相对高度。|5）其他）其他|（1 1）对水有关信息的识别能力更强）对水有关信息的识别能力更强|由于水分含量的变化，物体的介电常数变化明显，由于水分含量的变化，物体的介电常数变化明显，使雷达后向回波出现使雷达后向回波出现2080dB2080dB的显著变化。的显著变化。|（2 2）对松散沉积物的表面结构反应明显）对松散沉积物的表面结构反应明显|松散沉积物的不

54、同物质组成构成对微波波长不同松散沉积物的不同物质组成构成对微波波长不同粗糙度的表面，造成雷达回波强度明显差异。粗糙度的表面，造成雷达回波强度明显差异。|（3 3）对居民点及线性地物的表现尤为明显）对居民点及线性地物的表现尤为明显|居民点建筑物中存在二面或多面角反射体，造成居民点建筑物中存在二面或多面角反射体，造成雷达波束双向或多次角反射，且反射方向相同或雷达波束双向或多次角反射，且反射方向相同或相交，使回波增强。相交，使回波增强。|5.3.2雷达图像的解译与处理雷达图像的解译与处理|1）典型地物的散射特性）典型地物的散射特性|裸地、土壤、岩石；植被、农作物；冰雪裸地、土壤、岩石；植被、农作物；

55、冰雪|以裸地为例以裸地为例|裸岩山地、戈壁、海边沙滩、干河床、矿山采掘场、收割裸岩山地、戈壁、海边沙滩、干河床、矿山采掘场、收割后的耕地等主要地面类型，为典型的粗糙表面。它对入射后的耕地等主要地面类型，为典型的粗糙表面。它对入射电磁波的散射作用强，在雷达图像上呈亮色调，较易识别。电磁波的散射作用强，在雷达图像上呈亮色调，较易识别。|水泥地面、柏油广场等裸地，一般为光滑地面，对于微波水泥地面、柏油广场等裸地，一般为光滑地面，对于微波产生镜面反射，雷达天线接收不到回波信号，图像呈暗黑产生镜面反射，雷达天线接收不到回波信号，图像呈暗黑色调，仅在垂直入射时，信号强。色调，仅在垂直入射时，信号强。|草地

56、为粗糙表面的散射系数曲线较为平缓。草地为粗糙表面的散射系数曲线较为平缓。|2）雷达图像的处理）雷达图像的处理|雷达图像在成像机理、图像特性等方面与光学遥雷达图像在成像机理、图像特性等方面与光学遥感图像有很大的不同。因而在图像处理方法上存感图像有很大的不同。因而在图像处理方法上存在许多差异，如特殊的辐射和几何纠正，天线方在许多差异，如特殊的辐射和几何纠正，天线方向图校正、去斑点噪声等，以及通过分维、小波向图校正、去斑点噪声等，以及通过分维、小波等算法提取其丰富的纹理信息，用神经网络，上等算法提取其丰富的纹理信息，用神经网络，上下文分类等下文分类等 处理进行雷达图像分类等。处理进行雷达图像分类等。

57、|常见图像处理：常见图像处理：|（1 1）辐射定标与辐射纠正）辐射定标与辐射纠正|（2 2）去斑点噪声）去斑点噪声|（3 3）几何纠正）几何纠正|5.4极化雷达与干涉雷达以及星载雷达遥感系统极化雷达与干涉雷达以及星载雷达遥感系统|5.4.1极化雷达极化雷达|极化雷达指极短的间隔中发射极化雷达指极短的间隔中发射H H、V V极化波脉冲，并同时接极化波脉冲，并同时接受受H H、V V回波。它记录了地面每个分辨单元的后向回波散射回波。它记录了地面每个分辨单元的后向回波散射信息，包括每种极化状态的散射振幅和相位差。信息，包括每种极化状态的散射振幅和相位差。|5.4.2干涉雷达干涉雷达|干涉雷达指采用干

58、涉测量技术的合成孔径雷达（干涉雷达指采用干涉测量技术的合成孔径雷达（InSARInSAR），），也有称双天线也有称双天线SARSAR或相干或相干SARSAR。它通过两条测视天线同时观。它通过两条测视天线同时观测，或一定时间间隔的两次平行观测，来获得地面同一景测，或一定时间间隔的两次平行观测，来获得地面同一景观两次成像的复图像对。观两次成像的复图像对。|干涉纹图包含了斜距方向上的图像点与两天线位置差的精干涉纹图包含了斜距方向上的图像点与两天线位置差的精确信息。可以精确测量出图像上每一点的高程信息，从而确信息。可以精确测量出图像上每一点的高程信息，从而获得高分辨率的地表三维图像。获得高分辨率的地表三维图像。|5.4.3星载雷达遥感系统星载雷达遥感系统|1）航天飞机成像雷达（）航天飞机成像雷达（SIR），美航局），美航局|2）ERS-1/2，欧空局，欧空局|3）Radarsat ，加拿大，加拿大谢谢 谢谢 大大 家！家！